【化工分离工程】试卷试题（附答案）

【化⼯分离⼯程】试卷试题（附答案）
cheng
⼀、填空(每空2分,共20分)
1. 如果设计中给定数值的物理量的数⽬等于设计变量，设计才有结果。

2. 在最⼩回流⽐条件下，若只有重组分是⾮分配组分，轻组分为分配组分，存在着两个恒浓区，
出现在精镏段和进料板位置。

3. 在萃取精镏中，当原溶液⾮理想性不⼤时，加⼊溶剂后，溶剂与组分1形成具有较强正偏差的⾮理想溶液，与组分2形成负偏差或理想溶液，可提⾼组分1对2的相对挥发度。

4. 化学吸收中⽤增强因⼦表⽰化学反应对传质速率的增强程度，增强因⼦E 的定义是化学吸收的液相分传质系数（）/⽆化学吸收的液相分传质系数（k 0L ）。

5. 对普通的N 级逆流装置进⾏变量分析，若组分数为C 个，建⽴的⽅程在全塔有 2(23) 个。

6. 热⼒学效率定义为=η
；实际的分离过程是不可逆的，所以热⼒学效率
必定于1。

7. 反渗透是利⽤反渗透膜选择性的只透过溶剂的性质，对溶液施加压⼒，克服溶剂的渗透
压，是⼀种⽤来浓缩溶液的膜分离过程。

⼆、推导(20分)
1. 由物料衡算，相平衡关系式推导图1单级分离基本关系式。

1(1)
0(1)
1c
i i i i z K K ψ=-=-+∑ 式中： ——相平衡常数；
ψ
——⽓相分率（⽓体量/进料量）。

2. 精馏塔第j 级进出物料如图1，建⽴⽅程。

三、简答(每题5分,共25分)
1.什么叫相平衡？相平衡常数的定义是什么？
由混合物或溶液形成若⼲相，这些相保持物理平衡⽽共存状态。

热⼒学上看物系的⾃由焓最⼩；动⼒学上看相间表观传递速率为零。

2.关键组分的定义是什么；在精馏操作中，⼀般关键组分与⾮关键组分在顶、釜的分配
情况如何？
由设计者指定浓度或提出回收率的组分。

绝⼤多数在塔顶出现，在釜中量严格控制；
绝⼤多数在塔釜出现，在顶中量严格控制；
全部或接近全部在塔顶出现；
全部或接近全部在塔釜出现。

3.在吸收过程中，塔中每级汽、液流量为什么不能视为恒摩尔流？
吸收为单相传质过程，吸收剂吸收了⽓体中的溶质⽽流量在下降过程中不断增加，⽓体的流量相应的减少，因此⽓液相流量在塔内都不能视为恒定。

4.在精馏塔中设中间换热器为什么会提⾼热⼒学效率？
在中间再沸器所加⼊的热量其温度低于塔底加⼊热量的温度，在中间冷凝器所引出的热量其温度⾼于塔顶引出热量的温度，相对于⽆中间换热器的精馏塔传热温差⼩，热⼒学效率⾼。

5.反应精馏的主要优点有那些？
（1）产物⼀旦⽣成⽴即移出反应区；（2）反应区反应物浓度⾼，⽣产能⼒⼤；（3）反应热可由精馏过程利⽤；（4）节省设备投资费⽤；（5）对于难分离物系通过反应分离成较纯产品。

四、计算(1、2题10分，3题15分，共35分)
1. 将含苯0.6（分数）的苯（1）—甲苯（2）混合物在101.3下绝热闪蒸，若闪蒸温度为94℃，⽤计算结果说明该温度能否满⾜闪蒸要求？
已知：94℃时P10=152.56P20=61.59
2. 已知甲醇（1）和醋酸甲酯（2）在常压、54℃下形成共沸物，共沸组成X2=0.65(分率), 在此条件下：kPa
P
kPa
p98
.
,
24
.
9002
1
=
=求该系统的活度系数。

3. ⽓体混合物含⼄烷0.50、丙烷0.4、丁烷0.1（均为摩尔分数），⽤不挥发的烃类进⾏吸收，已知吸收后丙烷的吸收率为81%，取丙烷在全塔的平均吸收因⼦1.26，求所需理论板数；若其它条件不变，提⾼平均液汽⽐到原来的2倍，此时丙烷的吸收率可达到多少。

2006-2007学年第2学期考试参考答案（A ）卷⼀、填空(每空2分,共20分) 1. 设计变量。

2. 精镏段和进料板。

3. 正；负偏差或理想。

4.
化学吸收的液相分传质系数（）/⽆化学吸收的液相分传质系数（k 0
L ）。

5. 2(2C+3) 。

6.
）
（－净分离W B ?；⼩。

7. 溶剂；溶剂的渗透压。

⼆、推导(20分) 1. 设
V F ψ=--⽓化分率
物料衡算式：1i i i i i Fz Lx Vy Fx Fy ψψ=++＝（－） (1) 相平衡关系式
：i i i
y K x = (2)
i i i x K y = (3)
将（3）代⼊（1）(1)i
i i i z x K x ψψ=-+
整理：1(1)
i
i i z x K ψ=+- (4)
将（2）代⼊（1）(1)
i
i
i i
K z y y ψψ=-+
整理：1(1)
i i
i i K z y K ψ=+- (5)
∑∑∑===+--=-∴c
i i
i i c
i i c
i i K v K z x y 1111)1()
1(
2．,1,11,1,,,,,,,,1,1
1111,()()001.00
1.00
()()0
M i j j i j j i j j i j j j i j j j i j E i j i j i j i j C
SY
j
i j i C
i j i H j j j j j j F j j j j j j j j G L x V y F z L U x V W y G y K x G y G
x G L h V H F H L U h V W H Q --++==--++=++-+-+==-==-==-==++-+-+-=∑∑
三、简答(每题5分,共25分)
1. 由混合物或溶液形成若⼲相，这些相保持物理平衡⽽共存状态。

热⼒学上看物系的⾃由焓最⼩；动⼒学上看相间表观传递速率为零。

2.由设计者指定浓度或提出回收率的组分。

绝⼤多数在塔顶出现，在釜中量严格控制；绝⼤多数在塔釜出现，在顶中量严格控制；全部或接近全部在塔顶出现；全部或接近全部在塔釜出现。

2. 吸收为单相传质过程，吸收剂吸收了⽓体中的溶质⽽流量在下降过程中不断增加，⽓
体的流量相应的减少，因此⽓液相流量在塔内都不能视为恒定。

3. 在中间再沸器所加⼊的热量其温度低于塔底加⼊热量的温度，在中间冷凝器所引出的
热量其温度⾼于塔顶引出热量的温度，相对于⽆中间换热器的精馏塔传热温差⼩，热⼒学效率⾼。

4. （1）产物⼀旦⽣成⽴即移出反应区；（2）反应区反应物浓度⾼，⽣产能⼒⼤；（3）反
应热可由精馏过程利⽤；（4）节省设备投资费⽤；（5）对于难分离物系通过反应分离成较纯产品。

四、计算(1、2题10分，3题15分，共35分) 1.
105637.1;
11468.1>=>=∑∑i
i
i i k z z k 同时存在，为汽液平衡态,满⾜闪蒸条件。

2.
cheng
5353
.198
.653
.1011206
.124.903.1010
220112
210122021101===γ===γ∴γ=γ=γ+γ=p p
p p
p p x p x p p
3.
95
.0)
1()(52.226.12)2(73.2126
.1lg 81.0181.026.1lg 1lg 1lg )1(11=--=
===---=---=++N N A A A A A A N
06
.10104924.05446.018928.0lg )
15.00428.0lg(1lg 1lg 12
.11
=---=-=---==
A A N A K ??
⼀、填空(每空2分,共20分)
1. 传质分离过程分为平衡分离过程和速率分离过程两⼤类。

2. ⼀个多组分系统达到相平衡的条件是所有相中的温度、压⼒相同，各相组分的逸度相同。

3. 在变量分析中，固定设计变量通常指进料物流的变量和装置的压⼒。

4. 某⼆元系常压下汽液平衡数据在y ～x 图中摘录如下：x 1=0.25时，y 1=0.35；x 1=0.8时，y 1=0.62，该系统⼀定形成共沸物，这是因为
在图中，平衡线与对⾓线相交（也可其它表⽰法）。

5. 三对⾓线矩阵法⽤于多组分多级分离过程严格计算时，以⽅程解离法为基础，将⽅程按类型分为三组，即、
、和。

6. 精镏和吸收操作在传质过程上的主要差别是。

7. 在三组分精馏中，有个分离⽅案。

8. 超滤是以压⼒差为推动⼒，按粒径不同选择分离溶液中所含的微粒和⼤分⼦的膜分离操
作。

⼆、分析(20分)
1．对再沸器（图1）进⾏变量分析，得出：v c i x a N N N N N 、
、、、，回答对可调设计变量如何指定。

cheng
2.溶液中1，2组分形成均相共沸物，分析共沸时活度系数与饱和蒸汽压之间的关系可⽤式：
010
2
21p p =γγ表⽰。

三、简答(每题5分,共20分)
1. 常压下分离苯、甲苯、⼆甲苯混合物，⽤活度系数法计算该物系相平衡常数K 的简化
形式是什么⽅程？并说明理由。

（提⽰：]RT )p p (v exp[p
p x y K s i L i ,m v i s i s i i i i i -==ΦΦγ)） 2. 在萃取精馏中，由相对挥发度表达式分析，为什么在加⼊萃取剂后会提⾼原溶液的相
对挥发度？
3. 精馏过程的热⼒学不可逆性主要由哪些原因引起？
4. 在固定床吸附过程中，什么是透过曲线？在什么情况下，吸附剂失去吸附能⼒需再⽣？四、计算(1、2题15分，3题10分，共40分)
1. 已知某精镏塔进料组成和操作条件下的平均相对挥发度如下：
组分 A
B
C
D
∑
摩尔分率
0.06 0.17 0.32 0.45 1.00 均)(ic α
2.58 1.99 1.00 0.84
已知塔顶B 的回收率为95％，塔釜C 的浓度为0.9，按清晰分割法物料衡算；不对⾮关键组分校核，计算最少理论板数。

2. ⽤⽔萃取精馏醋酸甲酯（1）与甲醇（2）⼆组分溶液，若0.8，馏出液量为100，且馏出液中不含⽔，回流⽐取1.1，溶剂看成不挥发组分，计算⽔的加⼊量。

3. 某⽓体混合物含甲烷95％，正丁烷5％，现采⽤不挥发的烃油进⾏吸收，油⽓⽐为1∶1，进塔温度均为37℃，吸收塔压⼒为304, 今要从⽓体中吸收80％的丁烷，求所需理论板数。

已知该条件下：12.1＝丁烷K
cheng
2006-2007学年第⼆学期考试参考答案（B ）卷⼀、填空(每空2分,共20分) 1. 平衡分离过程和速率分离过程。

2. 温度、压⼒相同，各相组分的逸度相同。

3. 进料物流的变量和装置的压⼒。

4. 在图中，平衡线与对⾓线相交（也可其它表⽰法）。

5. 修正的M ⽅程、 S ⽅程、和修正的H ⽅程。

6. 精馏为双向传质，吸收为单向传质。

7. 2 。

8. 粒径不同。

⼆、分析(20分) 1．
3(2)13712
23
(37)(23)4(2)13(4)(3)1
v c i x a N C C N C N C C C N C C N C C =++=++=+-+=+=++=+=+-+=：⽅程数⽬
物料平衡式 C 热量平衡式相平衡⽅程式 C 两相T 、P 相等合计：指定：温度、热负荷、⽓化分率等之⼀均可。

2. 共沸时：）理想⽓体，⾮理想溶液(1221
12112
=γγ==αp
p p
p k k s s
s s
p p 1
221＝γγ∴
三、简答
1答：常压下分离苯、甲苯、⼆甲苯混合物，为低压下分⼦结构相似物系，汽液相都为理想系，有：
p
p x y K RT
p p v s
i i i
i s
i L i m s i s i i ==
∴≈-===γ1
])
(exp[
,1?,1,1,ΦΦ
2答：在萃取精馏中，原溶液
,112≈α汽相为理想⽓体，液相为⾮理想溶液，
,1212112≈?γγ=αs s p p 对于特定物系，s
s p p 2
1
不可改变，要使,112
>α只有
2
1
γγ增加，
加S 后可使)()(
2
121γγ>γγs 。

∴加⼊萃取剂后会提⾼原溶液的相对挥发度。

3答：压差、温差、浓度差。

4答：当流体通过固定床吸附器时，不同时间对应流出物浓度变化曲线为透过曲线。

对应馏出物最⼤允许浓度时间为穿透点时间，到达穿透点时吸附剂失去吸附能⼒需再⽣。

四、计算
1
2.
h kmol S S S s
S
S RD S x S /440888.08
.01001.1=+==+?=+=
3.。